JP2007224873A - Intake device and intake manifold for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はスロットル弁を備えた内燃機関の吸気装置および吸気マニホルドに関し、特に、スロットル弁を急に開いたときの異音を低減する技術に関する。 The present invention relates to an intake device and an intake manifold for an internal combustion engine having a throttle valve, and more particularly to a technique for reducing abnormal noise when a throttle valve is suddenly opened.
スロットル弁を備えた内燃機関にあっては、スロットル弁を全閉状態から急に開いたときに、「シュパッ」ないしは「シュッ」という気流騒音が発生することが知られており、特に、吸気マニホルドが合成樹脂製である場合には、一層顕著な音が生じ、問題となっている。 In an internal combustion engine equipped with a throttle valve, it is known that when the throttle valve is suddenly opened from the fully closed state, an airflow noise of “Suppa” or “Shu” is generated. When is made of synthetic resin, a more pronounced sound is generated, which is a problem.
この気流騒音の低減のために、特許文献1〜3等に見られるように従来から種々の対策が講じられており、スロットル弁直後の流れを整流するために格子状整流部材を吸気通路に取り付けたり、逆に、スロットル弁直後に凸部などを設けて、積極的に乱流を生じさせる、などにより、スロットル弁を通過した流れの合流に伴う騒音を抑制することが提案されている。
しかしながら、これらの従来の騒音低減手段は、いずれも圧力損失の増加を伴い、騒音低減効果の大きなものほど、通気抵抗が大となる傾向にある。例えば吸気通路全面に格子状整流部材を配置すれば比較的大きな騒音低減効果が得られるものの、通気抵抗が非常に大きなものとなる。つまり、騒音低減効果と通気抵抗とはトレードオフの関係にあり、従来の騒音低減手段では、通気抵抗を増加させずに騒音低減を達成することはできない。 However, any of these conventional noise reduction means is accompanied by an increase in pressure loss, and the greater the noise reduction effect, the greater the ventilation resistance. For example, if a grid-like rectifying member is arranged on the entire surface of the intake passage, a relatively large noise reduction effect can be obtained, but the ventilation resistance becomes very large. That is, the noise reduction effect and the ventilation resistance are in a trade-off relationship, and conventional noise reduction means cannot achieve noise reduction without increasing the ventilation resistance.
また吸気マニホルドを合成樹脂製とした場合に、従来の騒音低減手段となる格子状整流部材などは吸気マニホルドの本体部分と一体に成形することはできず、必ず別部品となるので、部品点数の増加や組立工程の複雑化の要因となる。 In addition, when the intake manifold is made of synthetic resin, the conventional grid-like rectifying members that serve as noise reduction means cannot be molded integrally with the main body of the intake manifold. It becomes a factor of increase and complication of the assembly process.
この発明は、回転軸を中心に板状の弁体が回転するスロットル弁を吸気通路中に備え、該スロットル弁の開動作時に、弁体の一方の端縁が吸気通路の下流側へ移動し、他方の端縁が吸気通路の上流側へ移動する内燃機関の吸気装置において、上記弁体よりも下流でかつ弁体の一方の端縁の側を通過した吸気流と他方の端縁の側を通過した吸気流とが合流する長手方向位置付近の吸気通路内壁面に、該吸気通路の周方向の一部を部分的に外周側に窪ませてなる拡張室が設けられていることを特徴としている。 According to the present invention, a throttle valve in which a plate-shaped valve body rotates around a rotation shaft is provided in an intake passage, and one end edge of the valve body moves to the downstream side of the intake passage when the throttle valve is opened. In the intake device for an internal combustion engine in which the other end edge moves to the upstream side of the intake passage, the intake air flow that has passed through one end edge side of the valve body and the other end edge side downstream of the valve body An expansion chamber is provided on the inner wall surface of the intake passage in the vicinity of the longitudinal position where the intake air flow that has passed through is partially recessed in the outer circumferential side of the intake passage. It is said.
上記の拡張室は、望ましくは、上記回転軸を挟んで上記弁体の上記の一方の端縁が位置する側で、かつ吸気通路の中心から上記回転軸に対し45°傾いた方向の周方向位置を含む周方向の一部に設けられている。 Preferably, the expansion chamber is on the side where the one end edge of the valve element is located across the rotation shaft, and in the circumferential direction in a direction inclined by 45 ° with respect to the rotation shaft from the center of the intake passage It is provided in a part of the circumferential direction including the position.
そして一つの態様では、吸気通路の中心から上記回転軸に沿った方向および該回転軸と直交する方向を含まない45°の範囲内に設けられている。 And in one aspect, it is provided in the range of 45 degrees which does not contain the direction along the said rotating shaft from the center of an intake passage, and the direction orthogonal to this rotating shaft.
また本発明に係る内燃機関の吸気マニホルドは、複数のブランチ部が接続されたコレクタ部と、スロットル弁を備えたスロットルチャンバが取り付けられるスロットルチャンバ取付フランジと、このスロットルチャンバ取付フランジから上記コレクタ部に至る略円筒状の管状部と、を備えてなる合成樹脂製の吸気マニホルドであって、上記管状部の周壁に、周方向の一部を部分的に外周側に窪ませてなる拡張室が一体に形成されている。 An intake manifold for an internal combustion engine according to the present invention includes a collector portion to which a plurality of branch portions are connected, a throttle chamber attachment flange to which a throttle chamber having a throttle valve is attached, and the collector portion from the throttle chamber attachment flange to the collector portion. An intake manifold made of synthetic resin, and an expansion chamber formed by partially hollowing the circumferential portion of the tubular portion on the outer peripheral side. Is formed.
すなわち、スロットル弁を急に開いたときの気流騒音は、弁体の一方の端縁の側を通過した高速の吸気流と他方の端縁の側を通過した高速の吸気流とがスロットル弁の直後で合流して局部的な圧力の上昇を生じることに起因すると考えられるが、このような局部的な圧力上昇が生じる位置に適切に拡張室を設けることで、圧力エネルギが拡散し、異音の発生が抑制される。なお、拡張室を設ける吸気通路長手方向の位置としては、スロットル弁の口径等に応じて適切な位置が存在し、過度に下流側(つまりスロットル弁からの距離が大)であるとその効果が小さく、また過度に上流側(つまりスロットル弁からの距離が小)であると、逆に騒音が増大することがあり得る。 That is, the airflow noise when the throttle valve is suddenly opened is that the high-speed intake flow that has passed through one end of the valve body and the high-speed intake flow that has passed through the other end are It is thought that this is caused by the fact that they merge immediately after that to cause a local pressure increase, but by providing an expansion chamber appropriately at the position where such a local pressure increase occurs, the pressure energy is diffused and abnormal noise is generated. Is suppressed. As the position in the longitudinal direction of the intake passage in which the expansion chamber is provided, there is an appropriate position according to the aperture of the throttle valve, etc., and if it is excessively downstream (that is, the distance from the throttle valve is large), the effect is obtained. If it is small and excessively upstream (that is, the distance from the throttle valve is small), the noise may increase.
また、吸気通路の通路断面における位置としては、開時における弁体の傾斜方向との関係から、回転軸の位置から一方へ片寄った位置、詳しくは、開動作時に吸気通路の下流側へ移動することとなる弁体の一方の端縁の側に片寄った位置に、上述した局部的な圧力の上昇が生じることから、上記の一方の端縁が位置する側で、かつ吸気通路の中心から回転軸に対し45°傾いた方向の周方向位置に拡張室を設けると、最も効果的に騒音低減効果が得られる。 Further, the position of the intake passage in the cross section of the intake passage is shifted to one side from the position of the rotary shaft due to the relationship with the inclination direction of the valve body at the time of opening, and more specifically, moves to the downstream side of the intake passage during the opening operation. Since the above-mentioned local pressure increase occurs at a position offset toward one edge of the valve body, the valve body rotates on the side where the one edge is located and from the center of the intake passage. When the expansion chamber is provided at a circumferential position in a direction inclined by 45 ° with respect to the axis, the noise reduction effect is most effectively obtained.
本発明の拡張室を設けた構成においては、吸気の主流が流れる流路内に格子状整流部材や突起物が介在しないので、圧力損失つまり通気抵抗の増加を生じない。 In the configuration provided with the expansion chamber of the present invention, there is no increase in pressure loss, that is, ventilation resistance, because no grid-like rectification member or protrusion is interposed in the flow path through which the main flow of intake air flows.
そして、例えば合成樹脂製マニホルドに適用する場合には、管状部の周壁の一部を部分的に窪ませることで拡張室が形成され得るので、マニホルドの一部として一体に成形することが可能である。 For example, when applied to a manifold made of a synthetic resin, an expansion chamber can be formed by partially denting a part of the peripheral wall of the tubular portion, so that it can be integrally formed as a part of the manifold. is there.
この発明によれば、スロットル弁を急に開いたときの気流騒音を、吸気系の通気抵抗を増加させることなく抑制することができる。また、別部品からなる格子状整流部材等を用いずに簡単な構成となり、例えば、合成樹脂製マニホルドに拡張室を一体に成形することにより部品点数の削減や組立の簡略化が可能である。 According to the present invention, airflow noise when the throttle valve is suddenly opened can be suppressed without increasing the airflow resistance of the intake system. In addition, the configuration is simple without using a grid-like rectifying member or the like made of a separate part. For example, by integrally forming an expansion chamber in a synthetic resin manifold, the number of parts can be reduced and assembly can be simplified.
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、この発明に係る内燃機関(例えば直列4気筒ガソリン機関)の吸気装置の構成を概略的に示した構成説明図であって、容積室つまりコレクタ部1に、各気筒に至る4本のブランチ部2が接続されているとともに、吸気通路の一部となる入口通路3が接続されている。この入口通路3は、少なくとも一部が断面真円形の円筒状をなすものであって、その円筒状部分に、スロットル弁4が配置されている。上記スロットル弁4は、一般的なバタフライバルブ型の構成であり、入口通路3の中央を直径方向に横切るように回転軸5が設けられているとともに、該回転軸5に円板状の弁体6が固定されており、図示せぬ電動アクチュエータもしくはアクセルワイヤを介して、開閉駆動される。なお、吸気通路のスロットル弁4の上流側には、図示せぬエアクリーナが配置されている。
FIG. 1 is a structural explanatory view schematically showing the structure of an intake device of an internal combustion engine (for example, an in-line four-cylinder gasoline engine) according to the present invention. Are connected to an
また、周知のように、上記スロットル弁4は、全閉時に、弁体6の一端縁6aが相対的に下流に、かつ他端縁6bが相対的に上流に、それぞれ位置するように僅かに傾斜した姿勢をなしている。そして、開動作時には、この全閉時の位置から、一端縁6aがさらに下流側へ移動し、他端縁6bがさらに上流側へ移動する。
Further, as is well known, when the
ここで、本発明では、上記入口通路3における上記スロットル弁4よりも僅かに下流側の位置において、入口通路3の内壁面に、周方向の一部を部分的に外周側に窪ませてなる拡張室7が形成されている。この拡張室7によって、スロットル弁4を急に開いたときの局部的な圧力の上昇が緩和され、気流騒音が抑制される。上記拡張室7の形状としては、単純な矩形状、円柱状、など任意の形状とすることができるが、本実施例では、例えば、矩形状の凹部として形成されている。
Here, in the present invention, at the position slightly downstream of the
次に、上記拡張室7のより具体的な形成位置について説明する。
Next, a more specific formation position of the
図2は、スロットル弁4が開いたときの気流騒音の原因となる局部的な圧力上昇を説明するものであり、スロットル弁4が閉じていてコレクタ部1内の負圧が発達している状態の下でスロットル弁4が急に開くと、弁体6の一端縁6aの側の間隙11および他端縁6bの側の間隙12を通して高速の吸気流がそれぞれ矢印V1,V2のように流れ、スロットル弁4の下流側で複雑に合流する結果、符号Pで示す領域において局部的な圧力の上昇が生じる。特に、間隙11と間隙12とでは、その弁体6の傾斜の関係で流速が異なり、かつ流れの前後方向の位置も異なるので、領域Pは、図2に示すように、吸気通路の中心線の高さ位置(つまり回転軸5に対応した高さ位置)ではなく、これよりも下方つまり一端縁6aの側に片寄って位置する。拡張室7は、この領域Pの付近に位置する必要があり、従って、吸気通路の長手方向については、スロットル弁4の口径等によっても異なるが、2つの吸気流V1,V2が合流する位置付近、例えば回転軸5から下流側へ数cm程度の付近が最適位置となる。また、吸気通路の断面で見た位置としては、吸気通路の中心から回転軸5に対し45°傾いた方向、特に、開動作時に下流側へ移動する一端縁6aが位置する側で、45°傾いた方向が最適位置となる。このように局部的な圧力上昇が生じる領域Pに対応した最適位置に拡張室7を設けることで、圧力エネルギが拡散し、実際に生じる騒音が低減する。この本発明の拡張室7は、従来の格子状整流部材のように実質的な通路断面積を狭めたり流れの抵抗となることはなく、従って、通気抵抗の増加を伴わずに気流騒音の低減を達成できる。なお、拡張室7は、後述するように、不適切な位置にあると、逆に気流騒音の悪化の原因となることがある。
FIG. 2 illustrates a local pressure increase that causes airflow noise when the
図3は、拡張室7を設ける位置やその大きさといったパラメータの影響についてまとめたものであり、排気量2000ccの直列4気筒ガソリン機関の吸気装置に本発明を適用した場合の例を示している。ここで、音圧差とは、スロットル弁4の上方位置にマイクロフォンを配置して、スロットル弁4を全閉から全開へ変化させたときに生じる気流騒音をそれぞれ集音し、拡張室7を具備しない構成における騒音を基準としたときの音圧差を示している。従って、マイナスは騒音の低減を意味し、プラスは騒音の悪化を意味する。
FIG. 3 summarizes the influence of parameters such as the position and size of the
また、距離Lは、図4に示すように、スロットル弁4の回転軸5から拡張室7中心までの距離を示す。角度θは、図4(b)に示すように、吸気通路を図4(a)の右側から見たときの通路断面における拡張室7中心の周方向位置を示し、特に、下方つまり弁体6の一端縁6aが位置する方向を0°とし、この点からの角度を示す。従って、90°および−90°の方向は、回転軸5の軸方向となる。また、容積Vは、拡張室7の容積を示す。なお、この例では、拡張室7は矩形に形成されている。
Further, the distance L indicates the distance from the
実施例は、距離Lが80mm、角度θが45°、容積Vが15ccである。このような最適なパラメータの下では、3.4dBの騒音低減効果が得られた。 In the embodiment, the distance L is 80 mm, the angle θ is 45 °, and the volume V is 15 cc. Under such optimum parameters, a noise reduction effect of 3.4 dB was obtained.
これに対し、比較例1は、距離Lを60mmと短くしたもの、つまり拡張室7をスロットル弁4に近づけて配置した例であり、この場合は、気流騒音は、逆に0.5dB悪化してしまった。つまり拡張室7をスロットル弁4に過度に近づけると、騒音低減効果は得られず、逆に騒音が悪化する。比較例2は、距離Lを100mmと長くしたもの、つまり拡張室7をスロットル弁4から離して配置した例であり、この場合は、騒音低減効果が1.7dBと低下した。このように実施例および比較例1,2の対比から、長手方向の距離Lに、ある最適範囲があることが明らかである。
On the other hand, Comparative Example 1 is an example in which the distance L is shortened to 60 mm, that is, an example in which the
比較例3,4は、実施例に比較して、拡張室7が形成される周方向位置を特定する角度θを異ならせた例である。比較例3は、θが90°であり、回転軸5に沿った方向に拡張室7を設けた例であるが、この場合は、騒音は変化がない。つまり拡張室7による騒音低減効果は得られなかった。比較例4は、θが0°であり、弁体6の一端縁6aが位置する方向に拡張室7を設けた例である。この場合は、気流騒音は、逆に1.4dB悪化してしまった。このように45°の方向付近で最も良好な騒音低減効果が得られる。
Comparative examples 3 and 4 are examples in which the angle θ for specifying the circumferential position where the
比較例5,6は、拡張室7の容積Vを異ならせた例であり、いずれも拡張室7の吸気通路に面する開口形状は変えずに、その深さ(吸気通路半径方向の寸法)を変化させることで、容積Vを変えている。比較例5は、容積Vが5ccの例であり、騒音低減効果は、2.9dBである。比較例6は、容積Vが30ccの例であり、騒音低減効果は、3.2dBである。従って、容積Vの大小は、騒音低減効果に殆ど影響を及ぼさない、と言える。
Comparative Examples 5 and 6 are examples in which the volume V of the
次に、図5〜図8は、この発明に係る具体的な吸気マニホルドの構成を示している。この吸気マニホルドは、直列4気筒ガソリン機関用の合成樹脂製マニホルドであって、図示せぬシリンダヘッドの側面に取り付けられるシリンダヘッド取付フランジ21と、このシリンダヘッド取付フランジ21にそれぞれの先端が接続された4本のブランチ部22と、この4本のブランチ部22の基端が接続された細長い容積室つまりコレクタ部23と、このコレクタ部23の一端部から該コレクタ部23の長手方向に沿って延びた略円筒状の管状部24と、この管状部24の先端に設けられた略正方形のスロットルチャンバ取付フランジ25と、を備えている。上記スロットルチャンバ取付フランジ25には、スロットル弁を備えた図示せぬスロットルチャンバが取り付けられ、スロットル弁によって開閉されるスロットルチャンバ内の吸気通路は、上記管状部24内の吸気通路に段差なく連続する。上記ブランチ部22は、シリンダヘッドの一方の側面に取り付けられたシリンダヘッド取付フランジ21から上方へ向かい、かつ該シリンダヘッドの上方を横切って延びるように、大きく湾曲した形状をなしている。上記コレクタ部23は、気筒列方向に沿って細長く延びており、その一端に連続する管状部24の流路中心線は、同じく気筒列方向にほぼ沿っている。上記スロットルチャンバ取付フランジ25のフランジ面は、この管状部24の流路中心線にほぼ直交している。従って、スロットルチャンバと管状部24とコレクタ部23とが直線上に配置されることになる。
Next, FIGS. 5 to 8 show the configuration of a specific intake manifold according to the present invention. The intake manifold is a synthetic resin manifold for an in-line four-cylinder gasoline engine, and a cylinder
ここで、上記管状部24の周壁の一部には、周方向の一部を部分的に外周側へ窪ませてなる拡張室26が一体に形成されている。この拡張室26は、単純な矩形状をなしており、管状部24を二つ割りにした形に射出成形する際に、同時に金型成形されている。拡張室26の凹部の深さ方向と金型の型開きの方向とを整合させることにより、複雑なコア等を用いずに一体に金型成形することが可能である。
Here, an
なお、図にはスロットル弁は図示していないが、前述したように、スロットル弁の回転軸に対し45°傾いた所定の方向に拡張室26が設けられており、かつスロットル弁の回転軸から所定距離下流側となるように、その位置が設定されている。
Although the throttle valve is not shown in the drawing, as described above, the
このように、本発明では、合成樹脂製吸気マニホルドに単に拡張室26を形成した簡単な構成でもって、スロットル弁を急に開いたときの気流騒音を効果的に低減することができ、格子状整流部材のような別部材が不要となって、部品点数を削減できるとともに、組立工数も最小限となる。
As described above, according to the present invention, air flow noise when the throttle valve is suddenly opened can be effectively reduced with a simple configuration in which the
1…コレクタ部
2…ブランチ部
3…入口通路
4…スロットル弁
5…回転軸
6…弁体
7…拡張室
26…拡張室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (4)
A collector portion to which a plurality of branch portions are connected; a throttle chamber attachment flange to which a throttle chamber having a throttle valve is attached; and a substantially cylindrical tubular portion extending from the throttle chamber attachment flange to the collector portion. An intake manifold for an internal combustion engine, wherein an expansion chamber is formed integrally with a peripheral wall of the tubular portion and a part of the circumferential direction is partially recessed toward the outer peripheral side. Manifold.
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